Koa 中间件的执行

Node.js 中请求的处理

讨论 Koa 中间件前，先看原生 Node.js 中是如何创建 server 和处理请求的。

node_server.js

const http = require("http");
const PORT = 3000;
 
const server = http.createServer((req, res) => {

res.end("hello world!");

});
 
server.listen(PORT);

console.log(</span>server started at http://localhost:<span class="pl-s1"><span class="pl-pse">${</span><span class="pl-c1">PORT</span><span class="pl-pse">}</span></span><span class="pl-pds">);

Koa 中请求的处理

Koa 也是通过上面的 http.createServer 创建服务器处理请求的返回 res。但在 Koa 的封装体系下，其提供了十分好用的中间件系统，可对请求 req 及返回 res 进行便捷地处理。

koa/lib/application.js#L64

  listen(...args) {
    debug('listen');
+    const server = http.createServer(this.callback());
    return server.listen(...args);
  }

Koa 中的 hello world:

server.js

const Koa = require("koa");
const app = new Koa();
 
app.use(async ctx => {

ctx.body = "Hello World";

});
 
app.listen(3000);

Koa 中，涉及到对请求返回处理都是通过中间件完成的，像上面为样，返回页面一个 Hello World 文本，也是调用 app.use 向 Application 对象注册了个中间件来完成。

Koa 中间件编写及使用

Koa 中中间件即一个处理请求的方法，通过调用 app.use(fn) 后，中间件 fn 被保存到了内部一个中间件数组中。

koa/lib/application.js#L105

use(fn) {
    if (typeof fn !== 'function') throw new TypeError('middleware must be a function!');
    if (isGeneratorFunction(fn)) {
      deprecate('Support for generators will be removed in v3. ' +
                'See the documentation for examples of how to convert old middleware ' +
                'https://github.com/koajs/koa/blob/master/docs/migration.md');
      fn = convert(fn);
    }
    debug('use %s', fn._name || fn.name || '-');
    this.middleware.push(fn);
    return this;
  }

通过上面的代码可看到，注册的中间件被压入 Application 对象的 this.middleware 数组。这里有对传入的方法进行判断，区分是否为生成器（[generator]）方法，因为较早版本的 Koa 其中间件是通过生成器来实现的，后面有 async/await 语法后转向了后者，所以更推荐使用后者，因此这里有废弃生成器方式的提示。

因为中间件中需要进行的操作是不可控的，完全有可能涉及异步操作，比如从远端获取数据或从数据库查询数据后返回到 ctx.body，所以理论上中间件必需是异步函数。

比如实现计算一个请求耗时的中间件，以下分别是通过普通函数配合 Promise 以及使用 async/await 方式实现的版本：

来自官方 README 中使用 Promise 实现中间件的示例代码

// Middleware normally takes two parameters (ctx, next), ctx is the context for one request,
// next is a function that is invoked to execute the downstream middleware. It returns a Promise with a then function for running code after completion.
 
app.use((ctx, next) => {

const start = Date.now();

return next().then(() => {

const ms = Date.now() - start;

console.log(</span><span class="pl-s1"><span class="pl-pse">${</span><span class="pl-smi">ctx</span>.<span class="pl-c1">method</span><span class="pl-pse">}</span></span> <span class="pl-s1"><span class="pl-pse">${</span><span class="pl-smi">ctx</span>.<span class="pl-smi">url</span><span class="pl-pse">}</span></span> - <span class="pl-s1"><span class="pl-pse">${</span>ms<span class="pl-pse">}</span></span>ms<span class="pl-pds">);

});

});

来自官方 README 中使用 async/await 实现中间件的示例代码

app.use(async (ctx, next) => {
  const start = Date.now();
  await next();
  const ms = Date.now() - start;
  console.log(`${ctx.method} ${ctx.url} - ${ms}ms`);
});

可以看到，一个中间件其签名是 (ctx,next)=>Promise，其中 ctx 为请求上下文对象，而 next 是这样一个函数，调用后将执行流程转入下一个中间件，如果当前中间件中没有调用 next，整个中间件的执行流程则会在这里终止，后续中间件不会得到执行。以下是一个测试。

server.js

app.use(async (ctx, next) => {
  console.log(1);
  next();
});
app.use(async (ctx, next) => {
  console.log(2);
});
app.use(async (ctx, next) => {
  console.log(3);
  ctx.body = "Hello, world!";
});

执行后控制台输出：

$ node server.js
1
2

访问页面也不会看到 Hello, world! 因为设置响应的代码 ctx.body = "Hello, world!"; 所在的中间件没有被执行。

`compose`

下面来看当多次调用 app.use 注册中间件后，这些中间件是如何被顺次执行的。

中间件的执行是跟随一次请求的。当一个请求来到后台，中间件被顺次执行，在各中间件中对请求 request 及 resposne 进行各种处理。

所以从 Koa 中处理请求的地方出发，找到中间件执行的源头。

通过查看 lib/application.js 中相关代码：

lib/application.js#L127

  callback() {
+    const fn = compose(this.middleware);
if (!this.listenerCount('error')) this.on('error', this.onerror);
const handleRequest = (req, res) =&gt; {
  const ctx = this.createContext(req, res);
  return this.handleRequest(ctx, fn);
};
return handleRequest;
 
}

可定位到存储在 this.middleware 中的中间件数组会传递给 compose 方法来处理，处理后得到一个函数 fn，即这个 compose 方法处理后，将一组中间件函数处理成了一个函数，最终在 handleRequest 处被调用，开启了中间件的执行流程。

lib/application.js#L151

  handleRequest(ctx, fnMiddleware) {
    const res = ctx.res;
    res.statusCode = 404;
    const onerror = err => ctx.onerror(err);
    const handleResponse = () => respond(ctx);
    onFinished(res, onerror);
+    return fnMiddleware(ctx).then(handleResponse).catch(onerror);
  }

即 compose 的签名长这样：compose([a, b, c, ...])，它来自另一个单独的仓库 koajs/compose，其代码也不复杂：

koajs/compose/index.js

function compose(middleware) {
  if (!Array.isArray(middleware))
    throw new TypeError("Middleware stack must be an array!");
  for (const fn of middleware) {
    if (typeof fn !== "function")
      throw new TypeError("Middleware must be composed of functions!");
  }
 
/**

   * @param {Object} context

   * @return {Promise}

   * @api public

   */
 
return function(context, next) {

// last called middleware #

let index = -1;

return dispatch(0);

function dispatch(i) {

if (i <= index)

return Promise.reject(new Error("next() called multiple times"));

index = i;

let fn = middleware[i];

if (i === middleware.length) fn = next;

if (!fn) return Promise.resolve();

try {

return Promise.resolve(fn(context, dispatch.bind(null, i + 1)));

} catch (err) {

return Promise.reject(err);

}

}

};

}

这个方法只做了两件事，

定义了一个 dispatch 方法，
然后调用它 dispatch(0)

这里中间件从数组中取出并顺次执行的逻辑便在 dispatch 函数中。

整体方法体中维护了一个索引 index 其初始值为 -1，后面每调用一次 dispatch 会加 1。当执行 dispatch(0) 时，从中间件数组 middleware 中取出第 0 个中间件并执行，同时将 dispatch(i+1) 作为 next 传递到下一次执行。

let fn = middleware[i];
return Promise.resolve(fn(context, dispatch.bind(null, i + 1)));

所以这里就能理解，为什么中间件中必需调用 next，否则后续中间件不会执行。

这样一直进行下去直到所有中间件执行完毕，此时 i === middleware.length，最后一个中间件已经执行完毕，next 是没有值的，所以直接 resolve 掉结束中间件执行流程。

if (i === middleware.length) fn = next;
if (!fn) return Promise.resolve();

回到中间件被唤起的地方：

lib/application.js

fnMiddleware(ctx)
  .then(handleResponse)
  .catch(onerror);

中间件完成后，流程到了 handleResponse。

总结

从中间件执行流程可知道：

中间件之间存在顺序的问题，先注册的先执行。
中间件中需要调用 next 以保证后续中间件的执行。当然，如果你的中间件会根据一些情况阻止掉后续中间件的执行，那可以不调用 next，比如一个对请求进行权限校验的中间件可以这么写：

app.use(async (ctx, next) => {
  // 获取权限数据相关的操作...
  if (valid) {
    await next();
  } else {
    ctx.throw(403, "没有权限！");
  }
});